4. Einbindung der Windenergie in das elektrische Netz
4.1 Schwankungen bei der Einspeisung und Vorhersagemethoden
Windenergie wird oft als „aussetzende“ Energiequelle angesehen und daher meist als unrentabel eingestuft. Bei näherer Betrachtung muss aber festgestellt werden, dass die Einspeisung sehr wohl variiert werden kann. Nur die Energiequelle selbst - sprich der Wind - ist grundsätzlich variabel.
Seit Nutzung der Windenergie ist die Produktion der elektrischen Energie ständig vom Wind abhängig und variiert mit den meteorologischen Einflüssen denen der Windpark ausgesetzt ist. Diese Schwankungen variieren laufend und können sich alle: Sekunden, Minuten, Stunden, Tage, Wochen, Jahreszeiten und über Jahre ändern. Das Wissen, wie sich der Wind verhalten wird, ist wesentlich für die Einbindung der Windenergie in das elektrische Netz. Erst durch dieses Wissen kann die Windenergie effektiv und wirtschaftlich gewinnbringend genutzt werden.
Seite 16 von 87 Das elektrische Netz unterliegt, sowohl seitens der Einspeisung aber auch des Verbrauchs, ständigen Schwankungen. Diese Faktoren können zum Teil eingeplant werden aber es tritt auch eine Vielzahl von nicht geplanten Effekten auf. Mit diesen ständigen Schwankungen muss die Netzregelung generell rechnen und versuchen, sie so schnell wie möglich auszugleichen.
Abbildung 4.1: 24 - Stunden Prognose und tatsächlich eingespeiste Windleistung [29]
Durch sich änderndes Wetter ändert sich auch das Verbrauchsverhalten der Stromkunden in Bezug auf Heizen, Kochen, Ein- / Ausschalten der Beleuchtungen, u.v.a. Auf der Einspeisungsseite kann es aber auch zu Schwankungen kommen, wenn z.B. ein Kraftwerk abgeschaltet wird. Durch einen Defekt oder dringende Wartungsarbeiten, verliert man in kürzester Zeit einige hundert Megawatt. Genauso kann es auch Schwankungen bei der Windenergie geben. Dass aber bei allen, geographisch sehr verteilten, Windparks kein Wind vorhanden ist, ist sehr unwahrscheinlich.
Der Schlüssel zur effektiven Nutzung der Windenergie liegt daher in der Berechenbarkeit des Windes. Deshalb wurde in den letzten Jahren auch ein großes Augenmerk auf die Windvorhersage gelegt. Heutzutage kann bereits eine sehr genaue Windprognose für die einzelnen Windfarmen erstellt werden. Es ist möglich genaueste Windprognosen für die nächsten fünf Stunden zu erstellen und mit ziemlicher Genauigkeit die folgenden 72 Stunden einzuplanen. Um sich bestmöglich auf den zu erwartenden Verbrauch an elektrischer Energie einstellen zu können, wird mit Wetterkarten und statistischen Prognosen gearbeitet.
Bei Verwendung dieser Verfahren ist es möglich den prognostizierten Fehler eines einzelnen Windparks auf 10 bis 20 % der vorhergesagten Leistung zu halten. Für regional verteilte Anlagen beläuft sich der Fehler auf 10 % der vorhergesagten Leistung an einem Tag und für eine 1 - 4 stündige Prognose beläuft sich der Fehler auf kleiner 5 %.
Seite 17 von 87 Die Effekte einer regionalen Verteilung der Windkraftanlagen können daher signifikant sein.
Speist zum Beispiel nur ein lokaler Windpark in das Netz ein, so können die stündlichen Schwankungen bei der Leistungsabgabe bis zu 60 % betragen.
Eine Untersuchung des Institutes für Solare Energieversorgungstechnik (ISET) der Universität Kassel hat gezeigt, dass die maximale stündliche Schwankung der eingesetzten deutschen Windenergie 350 MW beträgt, was einem Wert unter 20 % entspricht. Wird ein weit größeres Netzsystem (wie das Nordel, welches die Länder Norwegen, Schweden, Finnland, und Ost - Dänemark beinhaltet) betrachtet so fällt die maximale stündliche Schwankung unter 10 % ab10.
In Anbetracht der Zuwächse, die die Windenergie in den folgenden Jahren zu erwarten hat, können aber Abweichungen von 20 % zu einer Fehlprognose von einigen GW führen. Dies bedeutet enorme Verluste für den Strommarkt. Dies wirkt sich nicht nur auf dem Strommarkt nachteilig für die Windkraft aus, sondern bringt auch Verluste für die Windenergie anbietenden Unternehmen und einen hohen Anteil an Regelenergie, der nicht mehr vorgehalten werden kann. Eine besondere Auswirkung auf die Windkraft haben Extremereignisse. Werden zum Beispiel Stürme nicht richtig vorhergesagt und geht man davon aus, dass von diesem Sturm ein großflächiges Gebiet beeinflusst wird, besonders bei Offshore Anlagen besteht diese Gefahr, kann es möglich sein das die Windturbinen sich durch den stark böigen Wind aus dem Wind drehen um Schäden an der Turbine zu vermeiden.
Das würde bedeuten, dass die Windturbinen von der theoretischen maximal Last innerhalb kürzester Zeit keine Energie mehr in das Netz abgeben. So ein Ausfall fällt in die Größenordnung eines konventionellen Kraftwerksblockes von mehreren GW. Die Auswirkungen sind bekannt, die Frequenz wird sinken, weiters kann dies zum Zusammenbrechen ganzer Netzteile führen. Aus diesem Grund werden immer genauere Modelle für die Wind und Wettervorhersage entwickelt. Seit geraumer Zeit beginnt jedoch in der Wettervorhersage ein Umdenken. Bislang war es gängig nur ein Wettermodell zu verwenden, welches besonders bei Extremereignissen zu starken Abweichungen geführt hat. Etliche Institutionen haben bereits begonnen mehrere Wettermodelle und Datenquellen, die es ermöglichen eine Windprognose auf Nabenhöhe zu erstellen, zusammen zu führen um damit eine genauere Windvorhersage zu erreichen. Dadurch ist es möglich nicht nur regionale Prognosen zu erstellen, sondern genaue Prognosen für die einzelnen Windparks zu liefern.
Nicht nur der Wetter- und Windvorhersage wird in Zukunft mehr Bedeutung zukommen, sondern auch Maßnahmen die es ermöglichen die Windenergie nach den erstellten Prognosen in das Verbundnetz überzuleiten. Da es bei dargebotsabhängigen Energiequellen nicht möglich ist, eine genaue Vorhersage für einen längeren Zeitraum zu treffen, wird es bei einem gewünscht hohen Anteil von erneuerbaren Energien nur durch flexibles Einspeisen dieser Energieformen möglich sein, die benötigten Lasten abzudecken.
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